(57)【要約】【課題】プロセスチャンバ内表面の低温化をより好適に防止できる基板熱処理装置および基板熱処理製造方法を提供する【解決手段】  プロセスチャンバ内部に設置された基板を熱処理する基板熱処理装置は、内壁面部材に囲まれた内部に基板を収容し、かつ、その内部をガス雰囲気とされるプロセスチャンバと、前記プロセスチャンバの外部近傍であって、前記内壁面部材の熱影響を受ける位置に設けられる低耐熱性部材と、前記低耐熱性部材を冷却する冷却機構と、前記低耐熱性部材と前記内壁面部材との間に設けられ、前記内壁面部材への冷却作用を遮断する冷却作用遮断機構と、を含むことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバ内部に設置された基板を熱処理する基板熱処理装置であって、
内壁面部材に囲まれた内部に基板を収容し、かつ、その内部をガス雰囲気とされるプロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバの外部近傍であって、前記内壁面部材の熱影響を受ける位置に設けられる低耐熱性部材と、
前記低耐熱性部材を冷却する冷却機構と、
前記低耐熱性部材と前記内壁面部材との間に設けられ、前記内壁面部材への冷却作用を遮断する冷却作用遮断機構と、を含む基板熱処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板熱処理装置であって、
前記冷却作用遮断機構は、断熱部材と前記内壁面部材を加熱する加熱ヒータのうち少なくとも１つを含む基板熱処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の基板熱処理装置であって、
前記冷却作用が遮断される内壁面部材は、基板の収容の際に開かれる収容弁を構成する部材である基板熱処理装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の基板熱処理装置であって、
前記低耐熱性部材は、ポリテトラフルオロエチレン系材料とフッ素ゴム系材料の少なくとも一つを含む部材である基板熱処理装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の基板熱処理装置であって、
前記プロセスチャンバは、複数の内壁面部材を結合部で結合させることで形成され、
前記結合部は、シール材によってシールされ、
前記シール材は低耐熱性部材である基板熱処理装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つ記載の基板熱処理装置であって、
前記プロセスチャンバから排気可能な外部へ前記ガス雰囲気を形成するガスを除去する基板熱処理装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つ記載の基板熱処理装置であって、
前記ガス雰囲気は水蒸気を含むガス雰囲気である基板熱処理装置。
【請求項８】
プロセスチャンバ内部に設置された基板を熱処理して製造する基板熱処理製造方法であって、
内壁面部材に囲まれた内部に基板を収容し、かつ、その内部をガス雰囲気とされるプロセスチャンバと、前記プロセスチャンバの外部近傍であって、前記内壁面部材の熱影響を受ける位置に設けられる低耐熱性部材と、前記低耐熱性部材を冷却する冷却機構と、を含む基板熱処理装置において、
前記冷却機構による前記前記内壁面部材への冷却作用を遮断して基板を熱処理して製造する基板熱処理製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセスチャンバ内部に設置された基板を熱処理する基板熱処理装置および基板熱処理製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からＬＳＩなどの半導体デバイスや、ガラス基板上にトランジスタ等の半導体を形成する製造過程において、基板を熱処理することにより活性化、酸化、水素化処理などを行う熱処理工程が設けられる。このような基板の熱処理工程では、石英ガラスの反応管内で複数枚の基板を同時に熱処理するバッチタイプの基板熱処理装置、あるいはランプを用いた光照射によって基板を１枚ずつ加熱する基板熱処理装置、拡散装置を介して加熱用ガスが吹き付けられることで基板を加熱する基板熱処理装置が知られている。
【０００３】
下記特許文献１には、拡散装置を介して水蒸気などの加熱用ガスが吹き付けられることで基板を加熱する基板熱処理装置が開示されている。この基板熱処理装置によれば、拡散装置を介して加熱用ガスが吹き付けられることで基板を加熱することができるので、基板を高速かつ均一に加熱することが開示されている。そのプロセスチャンバ内を加熱用ガス、降温用ガス、冷却用ガス等によって例えば水蒸気などを含むガス雰囲気とされる。このガス雰囲気は、前記プロセスチャンバの内壁を形成する内壁面部材に取り囲まれた空間に形成されることで、前記プロセスチャンバ内に形成される。
【特許文献１】特許第３５０１７６８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
下記特許文献１のような基板熱処理装置は、プロセスチャンバを形成する内壁面部材の外部近傍であって、内壁面部材の熱影響を受ける箇所にゴムなどの低耐熱性部材が配置される場合がある。例えば、上記特許文献１に記載されるプロセスチャンバは、蓋部となる上部内壁面部材とこの蓋部により蓋される下部内壁面部材とが結合されてプロセスチャンバが構成される。この結合部はポリテトラフルオロエチレン系材料、フッ素ゴム系などの低耐熱性材料から構成されるシール材でシールされ、このシール材がプロセスチャンバ内部のガス雰囲気が結合部からプロセスチャンバ外部へと流出することを防止している。
【０００５】
この結合部に設けられる低耐熱性部材であるシール材は、高熱となるプロセスチャンバの内壁面部材と接することとなり、前記シール材がプロセスチャンバからの高熱により熔解してしまうなど不具合を生じる場合がある。これに対して、低耐熱性部材であるシール材を高熱から保護し、冷却するための冷却水を流すことでシール材を冷却するなどし、前記シール材がプロセスチャンバからの高熱により熔解してしまうなど不具合を防止する冷却機構を設けた基板熱処理装置が考えられる。
【０００６】
しかし、このような冷却機構を設けた基板熱処理装置では、その冷却作用が近傍の内壁面部材にまでおよび内壁面部材を冷却し、その内部であってガス雰囲気と接する内壁表面の温度を低下させる場合がある。内壁表面の温度が低下すると、内部のガスは凝縮し、このガスによる結露を生じる場合がある。結露を生じると、結露を生じた箇所の内壁表面の腐食がこの結露によりガス雰囲気よりも促進するなどの不具合を生じる場合がある。
【０００７】
本発明は上記課題を少なくとも１つ解決するためになされたものであり、プロセスチャンバ内表面の低温化をより好適に防止できる基板熱処理装置および基板熱処理製造方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るプロセスチャンバ内部に設置された基板を熱処理する基板熱処理装置は、内壁面部材に囲まれた内部に基板を収容し、かつ、その内部をガス雰囲気とされるプロセスチャンバと、前記プロセスチャンバの外部近傍であって、前記内壁面部材の熱影響を受ける位置に設けられる低耐熱性部材と、前記低耐熱性部材を冷却する冷却機構と、前記低耐熱性部材と前記内壁面部材との間に設けられ、前記内壁面部材への冷却作用を遮断する冷却作用遮断機構と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明にかかるプロセスチャンバ内部に設置された基板を熱処理して製造する基板熱処理製造方法は、内壁面部材に囲まれた内部に基板を収容し、かつ、その内部をガス雰囲気とされるプロセスチャンバと、前記プロセスチャンバの外部近傍であって、前記内壁面部材の熱影響を受ける位置に設けられる低耐熱性部材と、前記低耐熱性部材を冷却する冷却機構と、を含む基板熱処理装置において、前記冷却機構による前記前記内壁面部材への冷却作用を遮断して基板を熱処理して製造することを特徴とする。
【００１０】
前記冷却作用遮断機構は、断熱部材と前記内壁面部材を加熱する加熱ヒータのうち少なくとも１つを含むと好適である。
【００１１】
前記冷却作用が遮断される内壁面部材は、基板の収容の際に開かれる収容弁を構成する部材であると好適である。
【００１２】
前記低耐熱性部材は、ポリテトラフルオロエチレン系材料とフッ素ゴム系材料の少なくとも一つを含む部材であると好適である。
【００１３】
前記プロセスチャンバは、複数の内壁面部材を結合部で結合させることで形成され、前記結合部は、シール材によってシールされ、前記シール材は低耐熱性部材であると好適である。
【００１４】
前記プロセスチャンバから排気可能な外部へ前記ガス雰囲気を形成するガスを除去すると好適である。
【００１５】
前記ガス雰囲気は水蒸気を含むガス雰囲気であると好適である。
【００１６】
ガス導入部から供給される前記ガス雰囲気を形成するガスが基板表面へと吹き出すガス噴射口を有するガス配管を備える好適である。
【００１７】
前記ガス雰囲気を形成するガスは前記基板表面を加熱する加熱用ガスであって、
前記ガス配管は加熱用配管であり、前記加熱用ガスは前記加熱用配管を通じて前記加熱用ガスを前記ガス噴射口から拡散して吹き付けるガス拡散装置を含むと好適である。
【００１８】
前記加熱用ガスを加熱する加熱炉を含むと好適である。
【００１９】
前記加熱用配管は、前記プロセスチャンバの内壁面部材に沿って屈曲して形成されていると好適である。
【００２０】
前記拡散装置を介して前記基板に対して前記加熱用ガスが吹き付けられる上部位置および前記上部位置よりも低い前記プロセスチャンバ内の下部位置の間で、前記基板を移動させる基板昇降装置を備えると好適である。
【００２１】
前記基板に沿った形状に形成され、前記プロセスチャンバを上下方向に区画する孔あき板を備え、前記拡散装置は、前記加熱用配管を通過する際に加熱された加熱用ガスを前記孔あき板によって区画されたプロセスチャンバの上側の空間に排出し、さらに前記孔あき板の孔を通過させて、前記プロセスチャンバ内の基板表面に拡散して吹き付けると好適である。
【発明の効果】
【００２２】
プロセスチャンバ内表面の低温化をより好適に防止できる基板熱処理装置および基板熱処理製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態については、本発明を実施するための一形態に過ぎず、本発明は本実施形態によって限定されるものではない。以下、図面を用いて説明する。
「基板熱処理装置の構成」
図１には本実施形態に係る基板熱処理装置１００の縦断面構造図が示される。図１に示すように、本実施形態の基板熱処理装置１００は、基板１を収納する石英製のプロセスチューブ２と、プロセスチューブ２の上部に取りつけられる加熱炉３と、プロセスチューブ２の上壁面部材に配置された石英製の加熱用配管４と、プロセスチューブ２の内部に設けられた二つのリング状の予備加熱炉５と、プロセスチューブ２を下方から支持するフランジ６と、基板１をプロセスチューブ２の内部で上下方向に移動させるための基板昇降機７とを備える。
【００２４】
プロセスチューブ２とフランジ６との間には、低耐熱性部材であるシール材１０（図３）が介装され、これによりプロセスチューブ２とフランジ６との間の気密性が保たれる。
図１に示すように、プロセスチューブ２の内部は、多数の孔（経路）が形成された孔あき板２１により、図１における上下方向に区画されている。また、プロセスチューブ２の側壁には、基板を出し入れするためのドア２２と、プロセスチューブ２内のガスを排気するためのガス排気口２３および２４と、プロセスチューブ２内に基板１を冷却するための冷却用ガスを導入するための冷却用ガス導入口２５とが、それぞれ設けられている。なお、図１では、ドア２２が左右に移動することにより、プロセスチューブ２が開放された状態と、気密性を保持するように閉じられた状態とを図示している。
【００２５】
リング状の予備加熱炉５は石英製のカバー５ａにより取り囲まれ、これによりプロセスチューブ２内の汚染を防止している。
【００２６】
加熱炉３はプロセスチューブ２内の気密性を保持するようにプロセスチューブ２に対して取り付けられる。図１に示すように、加熱炉３はプロセスチューブ２の開口を覆う炉体３ａと、炉体３ａの内面側に取り付けられるヒータ３ｂとを備える。ヒータ３ｂは抵抗体からなり、抵抗体に電圧を印加することによりヒータ３ｂが加熱される。ヒータ３ｂに起因するプロセスチューブ２内部の汚染を防止するとともに、基板１を均一に加熱することを可能とするため、加熱炉３の内面側にはヒータ３ｂを覆う半透明あるいはすりガラス状の石英製のカバー３１が取り付けられている。
【００２７】
図１に示すように、基板昇降機７はプロセスチューブ２の気密性を保持しつつフランジ６に対して取りつけられている。基板昇降機７は二つの予備加熱炉５およびカバー５ａの中央に形成された開口部を貫通するアーム７１と、アーム７１を図１において上下方向に駆動するアクチュエータ７２と、アーム７１の上端部に取り付けられて基板１を支持する石英製またはカーボン製の基板ホルダ７３とを備える。基板ホルダ７３は水平に支持された適当な大きさの石英製の板７３ａに石英製のピン７３ｂを溶接した構造となっている。基板１はピン７３ｂに当接して保持される。基板ホルダ７３の大きさは、基板１のサイズとプロセスチューブ２の内側の水平断面の大きさに従って決定され、排気のコンダクタンスを調整する役目もあわせて持っている。
【００２８】
図１に示すように、孔あき板２１の上方には、孔あき板２１とプロセスチューブ２の内壁面との間に所定の間隙を有する空間２６が形成される。この空間２６の間隙（図１における上下方向の幅）は、例えば１２ｍｍ程度に設定される。間隙の大きさは１０〜１５ｍｍ程度が望ましい。
【００２９】
図２に示すように、プロセスチューブ２の上壁面部材には複雑に屈曲して形成された加熱用配管４が取り付けられている。加熱用配管４の一端には加熱ガス排出口４ａが、他端には加熱ガス導入口４ｂが、それぞれ設けられる。図１に示すように、加熱ガス導入口４ｂは加熱炉３を貫通する。また、ガス排出口４ａはプロセスチューブ２の隔壁を貫通して孔あき板２１とプロセスチューブ２の内壁面との間の空間２６に開口している。さらに、基板１を冷却するガスを導入するための降温用ガス導入口９が、加熱炉３およびプロセスチューブ２の隔壁を貫通して空間２６に開口している。
【００３０】
図２に示すように、ガス排出口４ａはプロセスチューブ２の中央付近に開口しているため、間隙２６の中央付近のガス圧が高くなり、中央付近のガスの噴出量が大きくなりやすい。このため、孔あき板２１の孔の径はプロセスチューブ２の中央付近で小さく、周辺部分で大きくすることにより、加熱用ガスの吹き出し量を基板１全体にわたり均一にすることができる。また、孔の径は一定に形成しつつ孔の頻度（面積当たりの数）をガスチャンバ２の周辺部分で大きくしてもよい。なお、孔の径としては０．５〜１ｍｍ程度が望ましい。
【００３１】
次に、本実施形態に係るガスチャンバの基板熱処理装置１００を用いた基板の加熱処理の手順について説明する。まず、プロセスチューブ２のドア２２を開き、基板１を基板ホルダ７３にセットする。このとき、降温用ガス導入口９よりガスが導入され（ガス流量：８０〜１００ｌ／分）、基板１をセットした後、ドア２２を閉じる。このとき基板１は、昇降機７の駆動範囲の最下点であるプロセスチューブ２内の低温部にある。図１はこのときの基板１の位置を示している。
【００３２】
次に、降温用ガス導入口９からガスを流したまま、予備加熱を行う。予備加熱は加熱炉３のヒータ３ｂと、予備加熱炉５のヒータにより行う。予備加熱終了までにヒータ３ｂの温度は設定温度（例えば８００℃）まで上昇する。
【００３３】
予備加熱終了後、昇降機７のアーム７１を駆動し、基板ホルダ７３に載置された基板１を最上点の加熱位置に移動する。図１にはこのときの基板１の位置を図示している。基板１を上昇させる間、降温用ガスの流量を減少させ、加熱用配管４を介して供給する加熱用ガスの流量を増加させて、基板１の昇温を行う。この作業は基板１が最下点から最上点に移動する間に行われる。
【００３４】
基板１が最上点に到達した後、降温用ガスの導入を停止し、加熱ガスのみを加熱用配管４を介して導入する（ガス流量：２０ｌ／分〜５０ｌ／分）。また、加熱炉３の温度を再設定し、加熱炉３のヒータ３ｂを制御することにより、基板１を所定温度（例えば７２０℃）に所定時間加熱する。加熱ガスが加熱用配管４を通過する間、加熱ガスは加熱炉３によって加熱される。空間２６に供給された加熱ガスは孔あき板２１の孔を通過するときに分散された後、基板１全体に当たり、基板１の表面に沿って流れることで基板１を均一に加熱する。その後、ガスは基板１とプロセスチューブ２との間を通り、排気口２３および２４を介して排気される。
【００３５】
このように、基板１を孔あき板２１に接近させた状態で、孔あき板２１を介して加熱用ガスを供給することにより、基板１表面でガスを攪拌することができ、基板表面の温度を均一にできるとともに、所定時間温度を一定に保持することを可能としている。
【００３６】
またこのとき、基板１は加熱炉３の熱によっても直接的に加熱される。なお、ガスチャンバ２は加熱炉３から照射される光による影響を小さくとどめるとともに、光を分散するため、不透明ないし曇りガラス状の石英から構成されている。
【００３７】
以上のように、基板１は加熱炉３の熱と、加熱ガスのエネルギー伝達、熱伝導により高速、かつ均一に加熱される。
【００３８】
次に、昇降機７のアーム７１を駆動し、基板ホルダ７３に載置された基板１を最上点から最下点まで徐々に降下させながら基板１の全体を均一に降温する。このとき、加熱炉３のヒータ３ｂの設定とパワーを調整するとともに、加熱用ガスの流量を低下させ、降温用ガス導入口９より導入する降温用ガスの流量を増加させる。この作業を基板１が最下点に到達するまで行う。このとき、降温用ガスの温度を適切に（例えば４００〜５００℃に）設定することにより、基板１内の温度差を大きくすることなく、基板１を高速に降温することが可能となる。基板１にダメージを与えることなく降温を行うためには、降温用ガスの流量と昇降機７による基板１の降下速度を適切に調整することが必要である。とくに基板１がガラス基板である場合には、高温時に基板１内に大きな温度差があると、反り、歪み、あるいは割れを発生させるおそれがある。したがって、基板１内の温度差を抑制しつつ高速に温度を下げることが高温熱処理の工程で不可欠な要素となる。本実施形態の装置によれば、降温時において、降温用ガスを基板表面に均等に吹き付け、ガスを攪拌するとともに、熱源から基板１を徐々に遠ざけることができるため、このような要請に応えることが可能となる。
【００３９】
基板１が最下点に到達すると、降温用ガスおよび加熱用ガスの供給をともに停止し、冷却用ガス導入口２５より冷却用ガスを導入して、基板１を冷却する。これにより、基板ホルダ７３に載せたまま基板１をロボットにより搬送可能な温度まで冷却することができる。このとき、加熱炉３のヒータ３ｂのパワーは０としてもよい。基板１の温度が設定温度まで低下した後、ドア２２を開いて基板１を取出す。
【００４０】
以上のサイクルを繰り返すことで、順次基板１の加熱を実行することができる。
【００４１】
本実施形態では、最初に基板１を最下点にセットし、この位置において基板１を一定温度に加熱することができるので、急激な昇温による基板に対するダメージを防止できる。
【００４２】
基板として、本実施形態で挙げられるようにフラットパネルデバイスなどの半導体基板等が挙げられるが特に限定されない。
【００４３】
半導体基板を処理する処理用ガスとしては水蒸気が挙げられるがこれに限定されない。処理用ガスは、水蒸気ガスに限られず窒素、酸素、アルゴンなどでもよい。ここで、水蒸気の場合には本実施形態に係るガス処理製造装置は半導体膜の酸化を目的とする場合や熱エネルギー伝達の手段を熱容量の大きい水蒸気とした場合の観点から好適である。
【００４４】
「冷却装置と冷却作用遮断機構」
図３を用いて、本実施形態に係る冷却装置と冷却作用遮断機構について説明する。上記基板熱処理装置１００は、フランジ６とプロセスチューブ２の内壁面部材の間にシール材１０を有している。
【００４５】
シール材１０は、フランジ６とプロセスチューブ２との間であって、フランジ６とプロセスチューブ２内表面側面からいずれも横方向に窪んだ位置に設けられている。フランジ６とプロセスチューブ２は横方向に窪んだ位置を形成するために横方向にその結合部付近で屈曲され、この屈曲部内表面でシール材１０がフランジ６とプロセスチューブ２との間をシールする構造となっている。
【００４６】
シール材１０としては、低耐熱性部材である。例えば、ポリテトラフルオロエチレン系材料、フッ素ゴム系材料などが挙げられる。
【００４７】
フランジ６とプロセスチューブ２の内壁面部材の外部であって、シール材１０の下面となるフランジ６の屈曲部の下面に当接する位置には、冷却水を流す管状の冷却水用流路１２が形成されている。冷却水用流路１２は、シール材１０と横幅がほぼ一致する大きさとされている。冷却水用流路１２は、その管状の内部に冷却水が流れることでフランジ６の屈曲部の下面を介して、フランジ６の屈曲部内表面のシール材１０を冷却し、熱処理による高熱から低耐熱性部材であるシール材１０を保護している冷却機構である。このような冷却機構としては、冷却水を用いるほかに低耐熱性部材に影響を与えないほど低温の温水、ガスなどの冷却方法が挙げられる。
【００４８】
図４には、シール材１０がシールしているフランジ６とプロセスチューブ２との結合部の拡大図である図３のＡで示される範囲が示される。加熱用ヒータ１４が冷却水用流路１２の側面であってフランジ６との間に設けられている。この加熱用ヒータ１４は、冷却水用流路１２による冷却効果をフランジ６に伝えないようにしている。これにより、フランジ６の内表面が冷却され、低温化することを防止できるので、内部のガス雰囲気の冷却による結露を防止することができる。なお、この加熱用ヒータ１４に変えて断熱部材を用いることもできる。図３のＡ’で示される範囲にも加熱用ヒータ１４が冷却水用流路１２の側面であってフランジ６との間に設けられている。この加熱用ヒータ１４は、冷却水用流路１２による冷却効果をフランジ６に伝えないようにしている。
【００４９】
フランジ６の下端部にはガス排気管１６が設けられ、ガス雰囲気のガスを排気することができる。ガスを排気した後、内部を冷却することでガス雰囲気のガス濃度が減少するのでガスの凝縮を防止することができる。ガス排気管１６は、気液分離装置１８に接続されており、排気されたガスは気液分離装置１８で液化され、排出される。
【００５０】
なお、本実施形態は、シール材１０に限らず、プロセスチャンバの外部近傍であって、内壁面部材の熱影響を受ける位置に設けられる低耐熱性部材とこれを冷却する冷却部材全般に適用することができる。内壁面部材も側面に限られず上面、下面など、さらには基板の収容の際に開かれる収容弁であるドア２２の内壁面部材であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本実施形態のガスチャンバの断面図である。
【図２】本実施形態の加熱用配管を示す図である。
【図３】本実施形態の基板熱処理装置の説明図である。
【図４】本実施形態の基板熱処理装置の説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 基板
２ ガスチャンバ
３ 加熱炉
４ 加熱用配管
７ 基板昇降機（基板昇降装置）
９ 降温用ガス導入口（冷却ガス供給装置）
１０ シール材
１２ 冷却水用流路
１４ 加熱用ヒータ
１６ ガス排気管
１８ 気液分離装置
２１ 孔あき板（拡散装置）
２６ 空間
【図１】
2006245492.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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